测绘 PDS 70 行星宿主原行星盘的垂直气体结构

PDS 70 宿有两颗仍在吸积的大质量行星，其原行星盘的倾斜朝向为直接探测行星宿主盘的垂直气体结构提供了独特机会。在此，我们利用一组 CO 同位素体谱线和 HCO$^+$ J=4-3 的高空间分辨率（${\approx}$0."1;10 au）观测，测绘了从由 $^{12}$CO 示踪的盘大气到由较稀缺同位素体和 HCO$^+$ 探测的更接近中盘面的完整 2D $(r,z)$ 盘结构。在 PDS 70 盘中，$^{12}$CO 示踪的高度为 $z/r\approx0.3$，$^{13}$CO 位于 $z/r\approx0.1$，而 C$^{18}$O 起源于中盘面或其附近。HCO$^+$ 表面源自 $z/r\approx0.2$，是迄今为止在盘中以高保真度确定的少数非 CO 发射面之一。在 $^{12}$CO J=3-2 谱线中，我们分辨出了空腔壁处高度的垂直下陷和陡峭上升，使 PDS 70 成为首个在谱线发射高度中直接观测到此效应的过渡盘。在外盘区域，PDS 70 的 CO 发射高度对其恒星质量和盘大小而言表现典型，且未受到内部两颗嵌入行星的显著改变。通过结合 CO 同位素体和 HCO$^+$ 谱线，我们推导了 2D 气体温度结构，并估计中盘面 CO 雪线约为 ${\approx}$56-85 au。这意味着 PDS 70b 和 70c 均位于 CO 雪线之内，且可能正在吸积 C/O 比约为 ${\approx}$1.0 的高比值气体，这为未来的行星大气测量（例如来自 JWST 的测量）以及正确建模其形成历史提供了背景。